S7-1500 PLC是目前西门子公司主推的自动化系统,是在S7-300/400 PLC的基础上开发的中高性能控制器,见表1-5。S7-1500 PLC包括标准型、紧凑型、分布式以及开放式等不同类型的CPU模块。凭借快速的响应时间、集成的CPU显示面板以及相应的调试和诊断机制,S7-1500 PLC的CPU能够极大地提升生产效率,降低生产成本。
目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可归纳为如下几类。1.开关量的逻辑控制
这是PLC*基本、*广泛的应用领域,它取代传统的继电接触器电路,实现逻辑控制和顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机**及自动化流水线,如注塑机、印刷机、装订机械、组合机床、磨床、包装生产线及电镀流水线等。2.模拟量控制
在工业生产过程中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位、成分和速度等都是模拟量。为了使PLC能够处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使PLC适用于模拟量控制。3.运动控制
PLC的分类方法
目前,PLC的不同厂家或同一厂家的不同产品种类繁多,功能各有侧重,根据不同的角度可将PLC分成不同的类型,其常用的分类方法有如下两种。1.按容量分类
为了适应信息处理量和系统复杂程度的不同需求,PLC具有不同的I/O点数、用户程序存储器容量和功能范围,PLC在20世纪90年代已经形成微、小、中、大及巨型等多种类型。PLC实现对外部设备的控制,其输入端子与输出端子的数目之和,称作PLC的输入/输出点数,简称I/O点数。按I/O点数PLC可分为微型PLC(几十点I/O)、小型PLC(几百点I/O)、中型PLC(上千点I/O)、大型PLC(几千点I/O)和巨型PLC(上万点I/O及以上)。2.按硬件结构形式分类
PLC的结构形式从大的方面来说分为整体式和模块式两大类,另外还出现了内插板式的PLC,也可以看作为模块式PLC。
(1)整体式结构
整体式结构的PLC是把电源、CPU、输入输出、存储器、通信接口和外部设备接口等集成为一个整体,构成一个独立的复合模块,通常微、小型PLC如西门子S7-200和S7-1200系列都是整体式结构。这种结构体积小,安装调试方便。
(2)模块式结构
模块式结构是将PLC按功能分为电源模块、主机模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、机架接口模块、通信模块和专用功能模块等,并根据需要搭建PLC结构。这种积木式结构可以灵活地配置成小、中、大型系统。
从结构上讲,由模块组合成系统有以下4种方法。
1)无底板。靠模块间接口直接相连,然后再固定到相应导轨上。欧姆龙公司的CJlM机型就是这种结构,比较紧凑。西门子的S7-300 PLC也是类似的结构,这种结构需要采用接线插头连接,如要单独固定时,还需另外定购固定支架。
2)有底板。所有模块都固定在底板上,比较牢固,但底板的槽数是固定的,如3、5、8、10槽等。这个槽数与实际的模块数不一定相等,所以,配置时难免有空槽。这样既造成浪费,又多占空间,甚至有时还得用占空单元把多余的槽覆盖好。西门子的S7-400 PLC即是此类。
3)用机架代替底板。所有模块都固定在机架上。这种结构比底板式的复杂,但更牢靠。采用此种组合时,它的模块不用外壳,但有小面板,用于组合后密封与信号显示。
模块式结构的优点之一是用户根据生产要求,可以灵活地配置成小、中、大系统,这种积木式结构可以供用户逐步扩展系统和增加功能;优点之二是模块有密封外壳,既安全又防尘;优点之三是模块采用独立接线方式,安装和维护方便。
4)内插板式。为了适应机电一体化的要求,有的PLC制造成内插板式的,可嵌入到有关装置中。如有的数控系统,其逻辑量控制用的内置PLC,就可用内插板式的PLC代替。它有输入点、输出点,以及通信口、扩展口和编程口等。它可实现PLC所有的功能,但它只是一个控制板,可很方便地镶嵌到有关装置中。
1.4.2 PLC与单片机、计算机的比较
目前,应用于控制场合的控制装置除了PLC,还包括单片机系统以及各种工业计算机等,它们拥有不同的特点,适合不同的应用环境。
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统,它具有一个完整计算机所需要的大部分部件,包括CPU、内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会配有外存;同时,集成诸如通信接口、定时器及实时时钟等外围设备。而现在*强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络以及复杂的输入/输出系统集成在一块芯片上。它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
采用单片机系统具有成本低、效益高的优点,但是由于稳定性和抗电磁干扰能力比较差,需要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定。
而计算机系统与PLC相比较,计算机的编程语言为汇编语言或**语言,其门槛要高于梯形图等编程语言,另外计算机系统的工作环境要求很高,为满足工业级的可靠性要求需要进行很多的特殊设计,也大大提高了其应用成本
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从结构形式上,PLC可分为整体式和模块式两大类。不论哪种类型的PLC,其基本结构都是相同的
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说,早期的PLC直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块,如可驱动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能,广泛应用于各种机械、机床、机器人及电梯等场合。4.过程控制
过程控制是指对温度、压力及流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机,PLC能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理及锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5.数据处理
现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算及逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表及位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到其他智能装置,或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统,如造纸、冶金及食品工业中的一些大型控制系统。6.通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着计算机控制技术和网络技术的发展,工厂自动化网络发展得很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有支持以太网通信的接口,通信非常方便。
PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制,扩展到以下应用领域:中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统,以及与生活、环境相关联的机器,而且均有急速上升的趋势。值得注意的是,随着PLC、DCS的相互渗透,两者的界线日趋模糊,PLC正从传统的应用于离散制造业向应用到连续的流程工业扩展。